Ролик машини безперервного лиття

Изобретение относится к механическому оборудованию конвертерного цеха и может быть использовано на машинах непрерывного литья. Известен "Ролик машины непрерывного литья заготовок", состоящий из центробежнолитой биметаллической бочки с наружным слоем из жаростойкого и износостойкого сплава, толщина легированного слоя составляет 0,02 0,04 величины наружного диаметра ролика (D), а толщина стенки биметаллической бочки составляет 0,25 - 0,35) [1]. При таком конструктивном выполнении толщина внутреннего несущего слоя велика, в монолите возникают значительные напряжения как при отливке, так и при эксплуатации, что приводит к появлению трещин и поломки ролика. Известен "Ролик машины непрерывного литья заготовки" содержащий бочку и бандаж, соединенные между собой или с цапфами посредством цилиндрических фиксаторов. Бочка или бандажирующие кольца выполнены биметаллическими [2]. Указанный ролик принят за прототип. По рисунку видно, что толщина биметаллического и несущего демпфирующего слоев примерно одинаковы. Общим недостатком аналога и прототипа является отсутствие ди фференцированной связи между толщинами наружного легированного и демпфирующего слоев. Выполненные исследования позволяют установить, что при изготовлении роликов и эксплуатации их различных диаметров без учета этой зависимости, за счет термоциклического воздействия слитков на различную глубину бочки, происходит снятие натяга и раскатывание бандажирующи х колец. При этом фиксаторы не могут препятствовать местному смятию материала демпфирующего слоя. В основание изобретения поставлена задача предупреждения снятия натяга и раскатывания бандажирующих колец роликов МНЛЗ при местном нагреве в зоне контакта с отливаемой непрерывнолитой заготовки. Путем установления дифференцированной зависимости между толщиной легирующего, демпфирующего слоев бандажа и наружным диаметром биметаллических роликов обеспечивается сохранение заложенного в конструкции натяга при одностороннем нагреве, а фиксаторы служат предохранительными устройствами от проворачивания при аварийных ситуациях. На фиг.1 изображен ролик в разрезе, где 1 - ось ролика, 2 - бандажирующие кольца с легированным и демпфирующим слоями, 3 - фиксатор. Буквами обозначены: D - наружный диаметр ролика, d - посадочный диаметр оси и колец. На фиг.2 увеличенное изображение части кольца в разрезе с буквенными обозначениями параметров, определяющих соотношения конструкции: L - длина кольца по образующей, l - зазор между кольцами, a - угол наклонов фаски, h - толщина легированного слоя, H - толщина кольца. Современные МНЛЗ, в том числе меткомбинатов "Азовсталь" и им. Ильича, оснащены роликами различных диаметров, начиная от 140 до 380мм (140, 210, 215, 240, 250, 270, 300, 370, 380мм). Ролики меньших диаметров устанавливаются ближе к кристаллизатору, где температура сляба достигает 1100°C, а больших диаметров - на криволинейном и горизонтальном участках. При этом, вышерасположенные ролики обычно орошаются водой от форсунок, охлаждающих сляб, в то время как часть роликов криволинейного и все горизонтального участков имеют только внутреннее охлаждение. Поэтому при контакте ролика со слитком местный прогрев бочки имеет различную глубин у, значит, и термонапряженное состояние роликов различное. В результате термоциклического воздействия в поверхности бочки возникают термоусталостные трещины, развивающиеся в сетку разгара и приводящие к выходу из строя ролика. При разработке технологии отливки биметаллических бандажей, подборе марок сталей и выявлении геометрических параметров исходили из того, что наиболее долговечным будет ролик, в поверхностном слое которого будут предварительно созданы остаточные напряжения по знаку противоположные тем напряжениям, которые возникают в зоне контакта ролика со слитком при эксплуатации. В результате исследований и опытно - промышленного опробования экспериментальных образцов было установлено, что при приведенных ниже геометрических соотношениях ролик имеет наиболее благоприятное соотношение остаточных напряжений в слоях и отличается высокой износостойкостью и долговечностью в эксплуатации. Это обеспечивается соотношением толщин наружного легированного и демпфирующего слоев в пределах (1 : 4) - (2,5 : 1), при общей толщине бандажа (0,07 - 0,15)D. Наличие зазора между бандажирующими кольцами l = (0,1 - 0,02)L позволяет им свободно расширяться при нагреве и в то же время при таком малом зазоре на слябе не остается отпечатков от роликов. Выполнение бандажирующи х колец с фасками под углом a = 15 - 45° с вершиной на границе разделения легированного и демпфирующего слоев гарантирует отсутствие воздействия колец друг на друга при уменьшенном зазоре l, от неточной сборки или при засорении зазора окалиной и твердыми солями. Пример. Для определения геометрических параметров ролика в зависимости от его диаметра поступают следующим образом: - определяют толщину бандажа, например, для ролика диаметром 300мм. (0,07 - 0,15)D = (0,07 - 0,15).300 = 21 - 45мм - определяют толщину легированного слоя по соотношениям - толщина демпфирующего слоя определяется как разность по более широким пределам (21 - 45) - (4,2 - 32) = 3 - 40,8мм В зависимости от способа охлаждения сляба в зоне эксплуатации роликов диаметром 300мм выбирают толщину легированного слоя: - при водяном охлаждении, когда наружная поверхность ролика обильно поливается водой от форсунок близкие к нижнему пределу; - при водовоздушном охлаждении - ближе к верхнему, так как при более высоких температурах знакопеременные напряжения возникают в более толстом наружном слое. Величина зазора между кольцами зависит от температурного удлинения кольца, и чем больше его ширина (длина по образующей, тем больше должен быть зазор. Зависимость (0,01 - 0,002)L определяет эту связь. Конкретно ширину кольца определяем расчетом и проверяем экспериментально, исходя из того, чтобы в наружном слое были созданы остаточные напряжения достаточной величины и необходимого знака противоположного действующим при эксплуатации ролика. Например, для кольца шириной 200мм зазор будет (0,01 - 0,02)200 = 2 - 4мм Выполнение фаски под углом 15 - 45° с вершиной на участке разделения слоев биметаллической бочки трудностей не представляет, так как слои отличаются блеском и макроструктурой с торца. Большие и меньшие пределы как ширины зазора, так и угла фаски связаны с конструктивными особенностями МНЛЗ, в основном, со способом охлаждения. При большей подаче охладителя (например, водяное охлаждение) большие зазоры и углы их раскрытия. Проведенные испытания опытной партии роликов указанной конструкции показали более высокую их износостойкость в 15 - 20 раз по сравнению с эксплуатируемыми коваными. Комбинатами "Азовсталь" и им. Ильича проводятся подготовительные работы к внедрению указанных роликов уже в 1994г. Акт испытаний биметаллических роликов в производственных усло виях прилагается.